Помощь студентам в учебе
Модернизация мехатронной системы телеги шестиниточного рольганга цеха №6 ПАО «ЧТПЗ»
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ 11
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса
работы механизма 11
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма .... 14
1.3 Требования к электроприводу и системе автоматизации 16
1.4 Выбор системы привода 16
1.5 Построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 19
1.5.1 Построение тахограммы 19
1.5.2 Нагрузочная диаграмма статических моментов 21
1.5.3 Выбор двигателя 24
1.5.4 Построение нагрузочной диаграммы суммарного момента 25
1.5.5 Проверка двигателя 26
1.5.6 Проверка ходовых колес на отсутствие буксования 28
1.6 Выбор основного силового оборудования 28
1.6.1 Выбор преобразователя частоты 28
1.6.2 Модуль динамического торможения 30
1.7 Защита привода 30
1.7.1 Моторный и сетевой дроссели 30
1.7.2 Выбор автоматического выключателя 31
1.7.3 Плавкие предохранители 32
1.7.4 Программная защита 33
2 РАЗРАБОТКА САУ 34
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 34
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 36
2.2.1 Программируемый логический контроллер 36
2.2.2 Лазерный дальномер 37
2.2.3 Абсолютный энкодер 38
2.2.4 Панель оператора 39
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода 40
2.4 Разработка контуров регулирования технологических координат 41
2.5 Разработка структурной схемы САР и моделирование типовых
режимов работы 42
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 49
3.1 Расчет производственной программы 49
3.1.1 Расчет производительности оборудования 49
3.1.2 Расчет фактического годового фонда рабочего времени 50
3.2 Расчет капитальных затрат 50
3.3 Расчет РСЭО (расходов на содержание и эксплуатацию оборудования) 52
3.3.1 Расчет фонда заработной платы 53
3.3.2 Отчисления на социальные нужды 55
3.3.3 Расчет годовой суммы амортизации 55
3.3.4 Расчет материальных затрат 57
3.3.5 Расчет прочих затрат 59
3.4 Расчет прибыли и показателей рентабельности 59
3.4.1 Расчет прибыли от ликвидации простоев 59
3.4.2 Расчет экономии на ремонте двигателей 60
3.5 Расчет показателей рентабельности проекта 61
3.5.1 Расчет чистого дохода 61
3.5.2 Расчет чистого дисконтированного дохода 62
3.5.3 Расчет индекса доходности 63
3.6 Расчет срока окупаемости проекта 63
3.7 Таблица технико-экономических показателей 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 67
ПРИЛОЖЕНИЕ А Схематичное изображение шестиниточного рольганга 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Упрощенная электрическая схема силовой части электропривода 70
ВВЕДЕНИЕ 8
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ 11
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса
работы механизма 11
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма .... 14
1.3 Требования к электроприводу и системе автоматизации 16
1.4 Выбор системы привода 16
1.5 Построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 19
1.5.1 Построение тахограммы 19
1.5.2 Нагрузочная диаграмма статических моментов 21
1.5.3 Выбор двигателя 24
1.5.4 Построение нагрузочной диаграммы суммарного момента 25
1.5.5 Проверка двигателя 26
1.5.6 Проверка ходовых колес на отсутствие буксования 28
1.6 Выбор основного силового оборудования 28
1.6.1 Выбор преобразователя частоты 28
1.6.2 Модуль динамического торможения 30
1.7 Защита привода 30
1.7.1 Моторный и сетевой дроссели 30
1.7.2 Выбор автоматического выключателя 31
1.7.3 Плавкие предохранители 32
1.7.4 Программная защита 33
2 РАЗРАБОТКА САУ 34
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 34
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 36
2.2.1 Программируемый логический контроллер 36
2.2.2 Лазерный дальномер 37
2.2.3 Абсолютный энкодер 38
2.2.4 Панель оператора 39
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода 40
2.4 Разработка контуров регулирования технологических координат 41
2.5 Разработка структурной схемы САР и моделирование типовых
режимов работы 42
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 49
3.1 Расчет производственной программы 49
3.1.1 Расчет производительности оборудования 49
3.1.2 Расчет фактического годового фонда рабочего времени 50
3.2 Расчет капитальных затрат 50
3.3 Расчет РСЭО (расходов на содержание и эксплуатацию оборудования) 52
3.3.1 Расчет фонда заработной платы 53
3.3.2 Отчисления на социальные нужды 55
3.3.3 Расчет годовой суммы амортизации 55
3.3.4 Расчет материальных затрат 57
3.3.5 Расчет прочих затрат 59
3.4 Расчет прибыли и показателей рентабельности 59
3.4.1 Расчет прибыли от ликвидации простоев 59
3.4.2 Расчет экономии на ремонте двигателей 60
3.5 Расчет показателей рентабельности проекта 61
3.5.1 Расчет чистого дохода 61
3.5.2 Расчет чистого дисконтированного дохода 62
3.5.3 Расчет индекса доходности 63
3.6 Расчет срока окупаемости проекта 63
3.7 Таблица технико-экономических показателей 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 67
ПРИЛОЖЕНИЕ А Схематичное изображение шестиниточного рольганга 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Упрощенная электрическая схема силовой части электропривода 70
Челябинский трубопрокатный завод (ЧТПЗ) — российское металлургическое предприятие, одно из крупнейших трубных предприятий России, специализирующееся на производстве сварных и бесшовных труб широкого сортамента, изготовлении трубной продукции для всех основных секторов экономики. Основной целью ЧТПЗ является комплексное удовлетворение потребностей российских и мировых компаний топливно-энергетического комплекса засчёт разработки и производства интегрированных решений для магистрального и внутрипромыслового трубопроводного транспорта.
Специфика предприятия (тип продукции и масштабы производства) подразумевает максимальную автоматизацию процесса производства. Именно поэтому на ЧТПЗ уместны и необходимы оптимизация технологических процессов и модернизация отдельных участков производства для увеличения эффективности и улучшения экономических показателей. В данной работе будет описана и обоснована модернизация одной из мехатронных систем
цеха № 6 ПАО «ЧТПЗ».
Одной из главных тенденций современной промышленности стало внедрение мехатронных систем в процесс производства. Мехатронная система - это единый комплекс электромеханических элементов и средств вычислительной техники, разработанный для выполнения конкретных функциональных задач. Мехатронные системы имеют широкий спектр функций, в число которых входит транспортная функция. В данной курсовой работе объектом исследования выбрана телега с набором рольгангов, которая задействована между участками формовки и сварки в цехе № 6 ПАО «ЧТПЗ». Она выполняет функцию транспортировки заготовок (полуцилиндров) на одном из многочисленных этапов производства прямошовных сварных труб большого диаметра. Телега является неотъемлемой частью производственного процесса, ее работоспособность влияет на итоговую производительность всего цеха. Цель данной работы - модернизация мехатронной системы электропривода телеги для перемещения шести заготовок.
Рассмотренная в данной курсовой работе мехатронная система включает в себя электропривод. Электропривод - это электромеханическая система, предназначенная для приведения в движение рабочих органов механизма. В состав электропривода входят механическое передаточное, преобразовательное, электродвигательное и управляющее устройства. В данной работе предлагается заменить электропривод постоянного тока на частотно-регулируемый асинхронный электропривод.
В ходе работы первостепенным является подробный анализ технологического процесса всего механизма в целом и затем более детальное изучение отдельных устройств, которые в него входят. Далее необходимо определить требования к электроприводу, на основании технологического процесса и функций, реализуемых механизмом. После этого происходит процесс проектирования механизма, который подразумевает предложение новых решений там, где это целесообразно. В ходе проектирования необходимо рассчитать усилия, которые будут приложены к рабочим органам. На основании этих усилий выбрать двигатели и произвести выбор силового оборудования. Также необходимо произвести проверку оборудования на нагрев и построить нагрузочные диаграммы.
Одним из этапов курсовой работы является разработка системы автоматического управления электроприводом телеги. Необходимо разработать архитектуру системы автоматизации. На основании этого выбрать и оборудование контроля и сбора данных технологических координат. Важной задачей является выбор и разработка функциональной схемы системы автоматического регулирования электропривода телеги. После разработки функциональной схемы САР, необходимо детализировать систему автоматического управления: разработать контуры регулирования технологических координат. Следующим этапом является разработка структурной схемы системы автоматического управления, которая также включает в себя расчет передаточных функций звеньев схемы. Финальным этапом разработки САР является моделирование типовых режимов работы привода и их оценка. Одним из инструментов разработки САР является компьютерное моделирование. Необходимо создать математическую модель САР в пакете Simulink программы MATLAB для типовых режимов работы привода и снять переходные процессы.
Ключевым этапом проектирования является экономическое обоснование эффективности проекта, потому что повышение экономических показателей представляет собой основную цель практически каждого технического нововведения. В технико-экономических расчетах поставлены следующие задачи. Необходимо рассчитать сумму капитальных вложений, учитывая стоимость нового оборудования, затраты на его транспортировку и монтаж. Далее необходимо рассчитать РСЭО (расходы на содержание и эксплуатацию оборудования) до и после внедрения модернизации, учитывая амортизационные отчисления. Важнейшим этапом технико-экономических расчетов является расчет экономической эффективности проекта. Следует учесть увеличение прибыли и снижение затрат вследствие модернизации и оценить сроки окупаемости проекта, величину чистого дохода и индекс доходности. На основании этих показателей происходит комплексная оценка того, насколько экономически эффективно предложенное техническое нововведение.
Специфика предприятия (тип продукции и масштабы производства) подразумевает максимальную автоматизацию процесса производства. Именно поэтому на ЧТПЗ уместны и необходимы оптимизация технологических процессов и модернизация отдельных участков производства для увеличения эффективности и улучшения экономических показателей. В данной работе будет описана и обоснована модернизация одной из мехатронных систем
цеха № 6 ПАО «ЧТПЗ».
Одной из главных тенденций современной промышленности стало внедрение мехатронных систем в процесс производства. Мехатронная система - это единый комплекс электромеханических элементов и средств вычислительной техники, разработанный для выполнения конкретных функциональных задач. Мехатронные системы имеют широкий спектр функций, в число которых входит транспортная функция. В данной курсовой работе объектом исследования выбрана телега с набором рольгангов, которая задействована между участками формовки и сварки в цехе № 6 ПАО «ЧТПЗ». Она выполняет функцию транспортировки заготовок (полуцилиндров) на одном из многочисленных этапов производства прямошовных сварных труб большого диаметра. Телега является неотъемлемой частью производственного процесса, ее работоспособность влияет на итоговую производительность всего цеха. Цель данной работы - модернизация мехатронной системы электропривода телеги для перемещения шести заготовок.
Рассмотренная в данной курсовой работе мехатронная система включает в себя электропривод. Электропривод - это электромеханическая система, предназначенная для приведения в движение рабочих органов механизма. В состав электропривода входят механическое передаточное, преобразовательное, электродвигательное и управляющее устройства. В данной работе предлагается заменить электропривод постоянного тока на частотно-регулируемый асинхронный электропривод.
В ходе работы первостепенным является подробный анализ технологического процесса всего механизма в целом и затем более детальное изучение отдельных устройств, которые в него входят. Далее необходимо определить требования к электроприводу, на основании технологического процесса и функций, реализуемых механизмом. После этого происходит процесс проектирования механизма, который подразумевает предложение новых решений там, где это целесообразно. В ходе проектирования необходимо рассчитать усилия, которые будут приложены к рабочим органам. На основании этих усилий выбрать двигатели и произвести выбор силового оборудования. Также необходимо произвести проверку оборудования на нагрев и построить нагрузочные диаграммы.
Одним из этапов курсовой работы является разработка системы автоматического управления электроприводом телеги. Необходимо разработать архитектуру системы автоматизации. На основании этого выбрать и оборудование контроля и сбора данных технологических координат. Важной задачей является выбор и разработка функциональной схемы системы автоматического регулирования электропривода телеги. После разработки функциональной схемы САР, необходимо детализировать систему автоматического управления: разработать контуры регулирования технологических координат. Следующим этапом является разработка структурной схемы системы автоматического управления, которая также включает в себя расчет передаточных функций звеньев схемы. Финальным этапом разработки САР является моделирование типовых режимов работы привода и их оценка. Одним из инструментов разработки САР является компьютерное моделирование. Необходимо создать математическую модель САР в пакете Simulink программы MATLAB для типовых режимов работы привода и снять переходные процессы.
Ключевым этапом проектирования является экономическое обоснование эффективности проекта, потому что повышение экономических показателей представляет собой основную цель практически каждого технического нововведения. В технико-экономических расчетах поставлены следующие задачи. Необходимо рассчитать сумму капитальных вложений, учитывая стоимость нового оборудования, затраты на его транспортировку и монтаж. Далее необходимо рассчитать РСЭО (расходы на содержание и эксплуатацию оборудования) до и после внедрения модернизации, учитывая амортизационные отчисления. Важнейшим этапом технико-экономических расчетов является расчет экономической эффективности проекта. Следует учесть увеличение прибыли и снижение затрат вследствие модернизации и оценить сроки окупаемости проекта, величину чистого дохода и индекс доходности. На основании этих показателей происходит комплексная оценка того, насколько экономически эффективно предложенное техническое нововведение.
В данной выпускной квалификационной работе было рассмотрено функционирование мехатронной системы шестиниточного рольганга цеха №6 ПАО «ЧТПЗ», описана последовательность процесса перемещения заготовок с участка формовки на участок сварки. Выбран механизм для изучения (телега), поставлены цели и задачи проектирования. Описано движение телеги и специфика работы цеха, на основании которых сформулированы требования к электроприводу. Осуществлена разработка электропривода телеги
шестиниточного рольганга. Предложена и обоснована замена привода постоянного тока на привод переменного тока. Рассчитаны моменты, приложенные к рабочему механизму. По эквивалентному статическому моменту выбран двигатель. Построена нагрузочная диаграмма электропривода. Произведена проверка двигателя по перегреву и перегрузочной способности. Выполнен расчет на отсутствие буксования в ходовых колесах телеги. Произведен выбор силового оборудования (преобразователя частоты, входных и выходных дросселей, тормозного резистора) и защиты привода (автоматического выключателя и плавких предохранителей). Электропривод удовлетворяет всем предъявляемым требованиям. Проверочные расчеты подтверждают работоспособность электропривода.
В данной курсовой работе была проведена разработка архитектуры системы автоматизации. Выбрано оборудование: контроллер, лазерный дальномер и пульт управления. Разработана структурная схема САР, описаны контуры регулирования координат. Разработана функциональная схема САР, рассчитаны передаточные функции регуляторов и звеньев. Создана математическая модель САР привода в пакете моделирования MATLAB. Снятые выходные функции показывают, что разработанная модель системы автоматического управления приводом телеги является устойчивой и удовлетворяет всем предъявляемым требованиям.
В ходе работы были рассчитаны и проанализированы показатели экономической эффективности модернизации электропривода телеги. Модернизированный электропривод позволяет экономить на ремонте двигателей, а также увеличить прибыль предприятия вследствие ликвидации простоев оборудования.
Капитальные затраты, включающие в себя стоимость нового оборудования, затраты на транспортировку и монтаж, составляют 2532559 руб. Текущие годовые затраты не изменяются. Годовая экономия на капитальном ремонте двигателей составляет 79600 руб. Увеличение годовой прибыли вследствие ликвидации простоев составляет 1244237 руб. Итоговая экономия в год (с учетом экономии на ремонтах, увеличения прибыли и амортизации) составляет 962188 руб. Срок окупаемости проекта равен 32 месяца, индекс доходности 1,14. Эти показатели позволяют считать модернизацию электропривода телеги шестиниточного рольганга экономически эффективной.
Таким образом, цель выпускной работы и все поставленные задачи были выполнены.
шестиниточного рольганга. Предложена и обоснована замена привода постоянного тока на привод переменного тока. Рассчитаны моменты, приложенные к рабочему механизму. По эквивалентному статическому моменту выбран двигатель. Построена нагрузочная диаграмма электропривода. Произведена проверка двигателя по перегреву и перегрузочной способности. Выполнен расчет на отсутствие буксования в ходовых колесах телеги. Произведен выбор силового оборудования (преобразователя частоты, входных и выходных дросселей, тормозного резистора) и защиты привода (автоматического выключателя и плавких предохранителей). Электропривод удовлетворяет всем предъявляемым требованиям. Проверочные расчеты подтверждают работоспособность электропривода.
В данной курсовой работе была проведена разработка архитектуры системы автоматизации. Выбрано оборудование: контроллер, лазерный дальномер и пульт управления. Разработана структурная схема САР, описаны контуры регулирования координат. Разработана функциональная схема САР, рассчитаны передаточные функции регуляторов и звеньев. Создана математическая модель САР привода в пакете моделирования MATLAB. Снятые выходные функции показывают, что разработанная модель системы автоматического управления приводом телеги является устойчивой и удовлетворяет всем предъявляемым требованиям.
В ходе работы были рассчитаны и проанализированы показатели экономической эффективности модернизации электропривода телеги. Модернизированный электропривод позволяет экономить на ремонте двигателей, а также увеличить прибыль предприятия вследствие ликвидации простоев оборудования.
Капитальные затраты, включающие в себя стоимость нового оборудования, затраты на транспортировку и монтаж, составляют 2532559 руб. Текущие годовые затраты не изменяются. Годовая экономия на капитальном ремонте двигателей составляет 79600 руб. Увеличение годовой прибыли вследствие ликвидации простоев составляет 1244237 руб. Итоговая экономия в год (с учетом экономии на ремонтах, увеличения прибыли и амортизации) составляет 962188 руб. Срок окупаемости проекта равен 32 месяца, индекс доходности 1,14. Эти показатели позволяют считать модернизацию электропривода телеги шестиниточного рольганга экономически эффективной.
Таким образом, цель выпускной работы и все поставленные задачи были выполнены.